专利名称：真伪判断方法、装置和程序的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及真伪判断方法、真伪判断装置和程序，尤其涉及用于判断固体的真伪的真伪判断方法，所述固体具有可读的和独有的特性，该特性具有沿固体表面分布的随机性，还涉及应用上述真伪判断方法的真伪判断装置，以及使计算机像上述真伪判断装置一样工作的程序。
背景技术：
近年来，随着复印机或打印机的性能的改进，经常会误用使用这种复印机或打印机复制的钞票、有价证券的副本。基于这种背景，为了禁止伪造或误用副本，一直期待建立一种技术，能够精确地判断各种类型书面文件(除上述纸币或有价证券之外，还包括例如护照、各种类型的权利证书、居住证、出生证、保险单、保证书。密件等等)的真伪。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种由用于判断固体的真伪的计算机执行的真伪判断方法，所述固体具有可读的并且独有的特性，该特性具有沿固体表面分布的随机性，所述真伪判断方法包括生成真正的固体的表面的状态的读取图像作为基准图像，其中，由接收反射光的光接收单元读取所述读取图像，所述反射光是由光发射单元从第一方向和第二方向中的至少一个向真正的固体的表面照射的光的反射光，所述第二方向与所述第一方向不同；以及生成待判断的固体的表面的状态的读取图像作为检验图像，其中，由接收反射光的光接收单元读取所述读取图像，所述反射光是由光发射单元从所述第一方向和所述第二方向中的至少一个向待判断固体的表面照射的光的反射光；以及利用至少两组读取基准图像和读取检验图像执行检验处理，所述两组读取基准图像和读取检验图像包括包含在基准图像中的一个或两个读取基准图像以及包含在所述检验图像中的一个或两个读取检验图像。
在本发明的该方面，在包含在所述基准图像中的、基于来自所述第一和/或第二方向的照明的第一和/或第二读取基准图像与包含在所述检验图像中的、基于来自所述第一和/或第二方向的照明的第一和/或第二读取检验图像之间执行检验处理。具体地，利用第一或第二读取基准图像与第一和第二读取基准图像的组合，或者第一和第二读取基准图像与第一或第二读取基准图像的组合，或者第一读取基准图像和第一读取基准图像以及第二读取基准图像和第二读取基准图像的组合，来执行检验处理。这样，本发明的该方面在检验处理中使用至少两组读取基准图像和读取检验图像，从而使得可以更精确地判断固体的真伪。
根据本发明的另一个方面，所述生成步骤根据来自所述第一和所述第二方向的照明生成第一基准图像和第二读取基准图像，作为所述基准图像，并且还根据来自所述第一和第二方向的照明生成第一读取检验图像和第二读取检验图像作为所述检验图像；所述执行步骤在所述第一读取基准图像和所述第一读取检验图像之间进行检验，并且在所述第二读取基准图像和所述第二读取检验图像之间进行检验；以及如果在两个处理中都已经满足预定的判断标准，那么所述判断步骤判断所述固体是真正的，作为相应的检验处理的结果。
根据本发明的另一个方面，如果已经使用根据来自相同方向的照明而获得的基准图像和检验图像来执行检验处理，那么当所述基准图像和所述检验图像的归一化相关值大于或等于预定的阈值时，所述判断步骤判断所述固体是真正的。
在本发明的该方面，在根据来自第一方向的照明的读取图像之间执行检验处理，而且在根据来自第二方向的照明的读取图像之间执行检验处理，从而使得能够利用简便的比较处理来进行真伪判断。
根据本发明的另一个方面，如果已经使用根据来自不同方向的照明而获得的所述基准图像和所述检验图像来执行所述检验处理，那么当所述基准图像和所述检验图像的归一化相关值小于或等于预定的阈值时，所述判断步骤判断所述固体是真正的。
这样，利用根据来自不同方向的照明的基准图像和检验图像也可以判断固体的真伪。
根据本发明的另一个方面，所述第一方向和所述第二方向是相对于所述固体的表面上的读取位置的相反的方向。在本发明的该方面，从称作相反的方向读取预定区域的图像，从而明暗图案呈现为相反的值。因此，归一化相关值等等的值可以被容易地用于真伪判断处理。
根据本发明的另一个方面，提供一种判断固体的真伪的真伪判断装置，所述固体具有可读的并且独有的特性，该特性具有沿所述固体表面分布的随机性，所述真伪判断装置包括第一光发射单元，其从第一方向和与所述第一方向不同的方向中的至少一个向真正的固体的表面照射光；第一光接收单元，其接收由所述第一光发射单元照射的光的反射光；基准图像生成单元，其根据所述第一光接收单元的输出生成所述真正的固体的所述表面的状态的读取图像，作为基准图像；第二光发射单元，其从所述第一方向和所述第二方向中的至少一个向待判断的固体的表面照射光；第二光接收单元，其接收由所述第二光发射单元照射的光的反射光；检验图像生成，其根据第二光接收单元的输出生成所述待判断固体的表面的状态的读取图像，作为检验图像；以及判断单元，其通过根据由相应的图像生成单元生成的所述基准图像和所述检验图像执行检验处理，从而判断所述待判断固体的真伪。
根据本发明的另一个方面，提供一种使与读取装置连接的计算机执行处理的程序，其中，所述读取装置能够读取只有固体才有的特性，所述特性沿所述固体的表面分布并且具有随机性，所述处理包括生成真正的固体的表面的状态的读取图像作为基准图像，其中，由接收反射光的光接收单元读取所述读取图像，所述反射光是由光发射单元从第一方向和第二方向中的至少一个向真正的固体的表面照射的光的反射光，所述第二方向与所述第一方向不同；生成待判断的固体的表面的状态的读取图像作为检验图像，其中，由接收反射光的光接收单元读取所述读取图像，所述反射光是由光发射单元从所述第一方向和所述第二方向中的至少一个向待判断固体的表面照射的光的反射光；以及在包含在所述基准图像中的一个或两个读取基准图像与包含在所述检验图像中的一个或两个读取检验图像之间执行检验处理。
根据本发明的一个方面，当利用基准图像和检验图像之间的检验判断待判断固体的真伪时，利用至少两组读取基准图像和读取检验图像执行检验处理，所述两组读取基准图像和读取检验图像包括包含在基准图像中的一个或两个读取基准图像以及包含在所述检验图像中的一个或两个读取检验图像。也就是说，从相对于单个基准区域的不同的方向获得读取基准图像，或者从相对于单个检验区域的不同的方向获得所述读取检验图像，并且以1对2、2对1或者2对2的图像组合来执行检验处理，从而使得能够更精确地判断所述待判断固体的真伪。
将通过参考以下附图详细地描述本发明的实施例，其中图1是根据本实施例的彩色打印机的一般结构示图；图2是用作根据本实施例的真伪判断装置的PC和扫描仪的外视图；图3显示本实施例中的扫描仪的内部结构；图4是显示由本实施例中的彩色打印机执行的基准数据登记处理的流程图；图5是一图像示图，其中，将用于本实施例中的基准数据的例子已被形象化；图6是显示由本实施例中的PC(真伪判断装置)执行的真伪判断处理的流程图；图7显示根据本实施例的彩色打印机中的读取单元的变形；图8A是显示在本实施例中的使用具有黑点噪音(black spot noise)的基准区域和校验区域的实验中，相关值的最大值的阈值和相关值的最大值的标准化分数，FAR和FRR之间的关系的图像示图；图8B是显示在本实施例中的使用具有黑点噪音的基准区域和校验区域的实验中，相关值的最大值的阈值和相关值的最大值的标准化分数，FAR和FRR之间的关系的图像示图；图8C是显示在本实施例中的使用具有黑点噪音的基准区域和校验区域的实验中，相关值的最大值的阈值和相关值的最大值的标准化分数，FAR和FRR之间的关系的图像示图；图8D是显示在本实施例中的使用具有黑点噪音的基准区域和校验区域的实验中，相关值的最大值的阈值和相关值的最大值的标准化分数，FAR和FRR之间的关系的图像示图；图8E说明图8A至8D。
具体实施例方式
参考所述附图，下面将描述本发明的典型实施例。
图1显示依据该典型实施例的彩色打印机10。彩色打印机10包括作为图像支持体的感光鼓12。由充电设备14对感光鼓12充电。在感光鼓12的上侧，设置发射光束的光束扫描设备16。根据将形成的图像调节光束并且光束沿着主扫描方向(与感光鼓12的轴线平行的方向)偏斜。由光束扫描设备16发射的光束在主扫描方向上扫描感光鼓12的表面，同时感光鼓12旋转并且执行副扫描，从而在感光鼓12的表面上形成静电潜像。
此外，在图1中的感光鼓12的右侧，设置彩色显影设备18。彩色显影设备18包括显影设备18A至18D，每一个都带有颜色C(青色)、M(洋红)、Y(黄色)和K(黑色)中的一种颜色的调色剂，所述彩色显影设备18以相应的颜色C、M、Y或K显影在感光鼓12上形成的静电潜像。应该注意，通过反复地在感光鼓12上的相同的区域上形成静电潜像并且以不同的颜色多次显影所述图像，并且顺序地在所述区域上重叠相应的调色图像，从而在彩色打印机10中形成全色图象。
与感光鼓12相邻接设置环形传送带20，并且在设置传送带20的位置的下面设置用于容纳记录纸22的纸盒24。传送带20带的表面在感光鼓12的转动方向的、相对于彩色显影设备18的显影位置的下游位置处与感光鼓12的表面接触。在感光鼓12上形成的调色图像被首先传输到传送带20上，然后再次传输到记录纸22上，该记录纸22已被拉出纸盒24并且被传送至设置传送带20的位置。固定装置26设置在用于将记录纸传送出彩色打印机10的路径上。固定装置26将调色图像固定在调色图像已经传输到其上的记录纸22上，然后将记录纸22弹出彩色打印机10。
此外，读取单元28被设置在用于将记录纸22从纸盒24传送至设置传送带20的位置的路径中(图1中用虚线显示)。读取单元28包括将光照射在记录纸22上的光发射装置28A和28C，以及接收已被光发射装置28A和28C发射的、并且在记录纸22上反射的光的光接收装置28B。在这个典型实施例中，设置相应的光发射装置28A和28C，以使得它们将光接收装置28B夹在中间；即，它们从相对于记录纸22上的读取位置的彼此不同的方向将光照射在记录纸22上。也就是说，光接收装置28B用作光发射装置28A和28C的光接收单元。此外，读取单元28包括信号处理电路(未显示)，其将从光接收装置28B输出的信号转换为数字数据并输出该数据，从而使得能够以预定的分辨率(例如400dpi)和预定的色调(例如8位灰度)来读取由于形成记录纸22的纤维材料的缠结的随机性而导致的、沿记录纸22的表面分布的光反射的随机变化。
打印机控制器30连接至光束扫描设备16。配置为包括键盘和显示器的操作单元(未显示)以及读取单元28被连接至打印机控制器30，用于输入将被打印在记录纸22上的数据的个人电脑(未显示)被进一步连接到打印机控制器30，或者直接地，或者经由例如LAN等等的网络连接。打印机控制器30被配置为包括微型计算机并且控制包括光束扫描设备16的彩色打印机10中的各个部分的操作。
图2显示能够用作根据本发明的真伪判断装置的个人电脑(PC)32和扫描仪34。虽然未显示，PC 32包括CPU、ROM、RAM和输入输出端口，它们彼此经由总线连接。此外，显示器、键盘、鼠标和硬盘驱动器(HDD)连接至输入输出端口。HDD存储OS和各种应用软件的程序，并且存储用于执行以下所述的真伪判断处理的真伪判断程序。
同时，扫描仪34是平台式的，并且包括按照与上述读取单元28的相同的分辨率(例如400dpi)和相同的色调(例如8位灰度)读取放于原稿台(未显示)上的原稿的功能。扫描仪34连接到PC 32的输入输出端口。PC 32控制扫描仪34以读取原稿，通过用扫描仪34读取原稿获得的图像数据被输入PC 32。
图3显示扫描仪34的部分内部结构。扫描仪34使用压板盖44压住放在与扫描仪34的机体的上方的原稿台对应的平面玻璃盖46上的原稿42，并在读取位置P读取原稿。与设置在反射板54中的光发射单元对应的光源50通过底座48的孔48A向读取位置P发射光。从读取位置P反射的光通过孔48A，经由反射镜56和透镜58在线成像敏感器52、62和68处被接收。在由箭头B显示的方向移动底座48的同时，扫描仪34的驱动控制器(未显示)读取图像，从而读取整个原稿42的图像。该读取的图像被如上所述发送至PC 32。应该注意，通用扫描仪34可被用于该典型实施例。
另外，发明者已经确定了下列的传统错误判断的原因。当形成基准图像时，如果从斜的方向向固体照射光，那么由于具有随机性的固定表面的轻微的不规则，会形成阴影区域。即，即使固体预定区域中的表面具有随机性，通过将光从某一方向照射到预定区域形成的、基于固体表面的不规则性的任意的明暗图案(阴影信息)也可以一致地形成为相同的图案。因此，相关技术设备有效地使用一种特性，其中，在预定区域中读取的图像(基准图像)中包含的阴影信息一致地形成相同的图案，并且执行真伪判断。然而，如果这个特性被相反地用于在假的固体上精确地再生阴影信息，则假的固体可以被错误地判断为真正的固体。
然而，在通过从不同的方向向相同的预定区域照射光而获得的各组阴影信息中，由于固定表面的不规则性形成不同的明暗图案。本发明者集中注意力在这一点上。
接下来，作为这个典型实施例的操作，将首先描述彩色打印机10中处理。
如果将被打印在记录纸22上的文件是正本，那么根据该典型实施例的彩色打印机10具有将文件作为正本打印的功能(并且还在记录纸22上打印用于判断文件的真伪的基准数据)。如果用户使用彩色打印机10执行打印，那么用户将表示将被打印在记录纸22上的文件的打印数据从PC发送至彩色打印机10。然后，如果将被打印的文件是将被用作正本的文件，那么用户还命令彩色打印机10打印将作为正本被打印的文件。
如果用户已发出如上指令，那么彩色打印机10的打印机控制器执行基准数据登记处理。以下，将参考图4所示的流程图描述基准数据登记处理。
在步骤100，在其上打印作为正本的文件的记录纸22被从纸盒24抽出，并且传送至设置读取单元28的位置(读取位置)。当记录纸22到达读取位置时，在随后的步骤102，读取单元28以预定的分辨率(400dpi)和预定的色调(8位灰度)读取记录纸22上的预定的基准区域(具有32×32点阵大小(大约2mm×大约2mm)的区域)。更特别地，读取单元28如下操作。
当记录纸22上的预定的基准区域到达预定读取位置时，光发射装置中的一个，例如光发射装置28A照射光，并且光接收装置28B接收它的反射光，从而可以读取预定的基准区域。这时，光发射装置28C不发射光。在光接收装置28B读取之后，另一个光发射装置28C照射光，并且光接收装置28B接收它的反射光，从而读取预定的基准区域。这时，光发射装置28A不发射光。例如，如果光发射装置28A位于称为第一方向的记录纸22离开的方向，光发射装置28C位于称为第二方向的记录纸22接近的方向，那么该典型实施例中的读取单元28将如上所述进行操作以从两个不同的方向读取基准区域，即第一和第二方向。应该注意，在处理速度方面，从双向进行连续的图像读取处理是可能的。
这使得读取单元28输出一基准图像，该基准图像表示由于形成待读取的记录纸22的纤维材料的缠结的随机性而导致的，在待读取的记录纸22上的基准区域中的纸张的透明度的随机变化。该基准图像包括利用从第一方向进行的照明而读取的图像以及利用从第二方向进行的照明而读取的图像。应该注意，第一和第二方向仅需要是不同的方向，任何一个都可以是关于本发明的第一方向。因为该典型实施例假定读取分辨率为400dpi，读取色调为8位灰度，待读取的基准区域为32×32点阵，因此，包含在基准图像中的每个读取图像的大小将是1024字节，并且每一个像素(点)的色调值(亮度值)将是0至255范围内的整数。图5显示了图像的一个例子，其中，基于通过上述读取获得的基准图像，对由基准图像表示的图像进行形象化表示(具有正确的对比度以便于观察)。应该注意，在该典型实施例中，因为通过从两个相反的方向的照射来读取基准区域的图像，所以如果一个图像在图5中显示，那么可以获得具有从所显示的图像反转的明和暗度的图像作为另一个图像。
应该注意，基准区域可以在记录纸22上的任意位置，基准区域的位置可以固定在记录纸22上，或者基准区域的位置可以根据文件(正本的内容)而在记录纸22上改变。此外，基准区域可以由用户输入和指定，或者由打印机控制器30自动设置。然而，在已经读取基准区域之后，如果打印使得调色剂(或者墨水)粘附在记录纸22上的基准区域中，那么在下述真伪判断中计算的相关值(correlation value)的最大值将变得非常低，这很可能会导致错误的判断。因此，在固定基准区域的位置的情况中，最好将基准区域固定在记录纸22上的、调色剂不能粘附到的位置(例如，与彩色打印机10的可打印范围之外的区域对应的位置)。在基准区域的位置随文件而改变的情况中，根据打印数据确定记录纸22上的、调色剂等不能粘附到的范围，并且最好将基准区域设定在所确定的范围内。特别的，在以下描述的真伪判断处理中，因为比基准区域大的区域(例如，64×64点的区域)被作为检验区域读取，因此基准区域最好是调色剂等等也不能粘附到其周围的区域。
此外，可以在在记录纸22上执行打印之后读取基准区域。在这种情况下，与如上所述通过读取基准区域之后执行打印从而在记录纸22上的基准区域中粘附调色剂等等的情况相比，即使基准区域包括记录纸22上的具有调色剂等等粘附的部分，也很少会导致错误的真伪判断。然而，不能说纸张上的具有调色剂等等的部分的透明度的变化是随机的(不能说变化对于单个纸张是唯一的)。如果将通过将基准区域设置在具有非随机透明度变化的部分以及读取该基准区域而获得的基准数据用于真伪判断，那么数据易于被伪造。因此，对于在记录纸22上执行打印之后读取基准区域的情况，也最好将基准区域设置在纸张上的没有调色剂等等粘附的范围。
对于在记录纸22上执行打印之后读取基准区域的情况，可以通过使用如上所述的打印数据来确定记录纸22上的没有调色剂粘附的范围。然而，对于记录纸22上的具有调色剂等等粘附的部分，其明显比没有调色剂等等粘附的部分具有更大的对比度，读取记录纸22，基于通过读取所获得的数据，为记录纸22上的每个部分获得对比度(色调值(亮度值或密度值)的最大值和最小值之间的差)，从而代替使用如上所述的打印数据。也可以这种方式确定记录纸22上的没有调色剂等等粘附的范围。
此外，通常，待读取的区域(具体地，在真伪判断中计算其相关值的区域)的尺寸越大，真伪判断中的判断精度越高(FAR(FalseAcceptance Rate，误接受率)和FRR(False Rejection Rate，误拒绝率)中的至少一个被减小)。然而，这需要记录纸22上的、打印不会引起调色剂等等粘附的更大的范围，这使得在打印中会减小自由度并且还会导致复杂的真伪判断等处理。因此，该典型实施例假定在400dpi的读取分辨率下，基准区域的尺寸为32×32点(大约2mm×大约2mm)。从以下描述的实验结果可以看到，虽然由于基准区域小于上述大小而导致真伪判断中的判断精度减小，但是即使当基准区域大于上述大小时，判断精度也仅仅稍微改进。因此，对于读取，不必使用操作复杂的昂贵的显微镜，实践中可以使用读取分辨率在400dpi级别的读取设备(包含在彩色打印机10中的读取单元28，市场上可买到的便宜的扫描仪等等)。
此外，在读取基准区域时，如果来自光接收装置28B的输出信号由于在光接收装置28B中接收的过量的入射光等等而变得饱和，则不能获得正确表示基准区域中的透明度变化的基准数据，这是因为通过读取获得的基准数据所表示的基准区域中的透明度变化部分地变成难辨认的白色等等。因此，在读取基准区域时，最好适度地抑制曝光。此外，代替使用彩色打印机10中包含的读取单元28，当利用具有读取模式(例如照片模式、文件模式等等)的扫描仪进行读取时，最好选择用于更精确地读取纸张的透明度变化的读取模式(例如照片模式)用于执行读取。
在如上所述读取基准区域之后，在步骤104，对通过读取获得的基准数据应用离散余弦变换等等，从而压缩数据。在下一步106，基于压缩数据，生成位图数据，用于在记录纸(正本)22上打印数据，作为自动机器可读形式的代码(例如，二维条型码等等)。应该注意，步骤104中的数据压缩不是必要的，数据可以在不进行数据压缩的情况下被编码。此外，当基准区域的位置随文件而改变时，通过读取获得的基准数据在接受压缩和编码之前最好附有表示基准区域的位置的信息。此外，可以对数据进行加密。
在随后的步骤108，在步骤106中生成的位图数据被附加到待打印的位图数据上(通过将由彩色打印机10从PC接收到的打印数据扩展为位图数据而获得)，以便表示基准数据的代码可以被打印在记录纸(正本)22上的预定位置。然后，在步骤110，当在记录纸(正本)22上执行打印时，上述位图数据被输出到光束扫描设备16。通过这种方式，用户期望作为正本打印的文件被打印在记录纸(正本)22上，同时表示基准数据的代码附加在预定位置。
应该注意，在文件被作为正本打印的记录纸22上，任何污点，例如粘附在作为基准区域读取的区域上的墨水等等，都会引起真伪判断中的判断精度减小的问题，如下所述。因此，当文件被作为正本打印时，最好同时打印清楚地表示作为基准区域读取的区域的标记等等，例如，提醒用户防止污点等等粘附在以上区域中。另一方面，因为避免清楚地表示作为基准区域读取的区域，对于防伪是有效的，因此，以上区域不必清楚地表示，以便防伪。
此外，为了即使在污点等等粘附在作为基准区域读取的区域上的情况下，也能够防止在真伪判断中降低判断精度，最好设置多个基准区域，以读取各个独立的基准区域，并且存储多个通过读取获得的基准数据。因此，即使在污点等等粘附在作为基准区域读取的区域上的情况下，可以排除该部分，并且可以使用其它没有污点的区域来执行真伪判断，这可以防止在真伪判断中降低判断精度。
接下来，将参考图6显示的流程图描述当利用打印在预定位置的代码判断纸张(文件)的真伪时由PC 32执行的真伪判断处理。应该注意，该真伪判断处理是通过以下步骤实现的，即，当用户希望证实上述文件的真伪时，从PC的HDD读取真伪判断程序，命令执行真伪判断，并且由PC 32的CPU执行所读取的真伪判断程序。
在步骤120，在显示器上显示一消息，该消息请求将接受真伪判断的文件放置在扫描仪34上(将文件放在原稿台上)，并且用户将接受真伪判断的文件放置在扫描仪34上。在步骤122，判断文件是否已经完全放置，并且重复步骤122直到做出肯定判断。如果接受真伪判断的文件已经放置在扫描仪34上，则在步骤122作出肯定判断，并且处理进行至步骤124，在该步骤，命令扫描仪34读取读取放在原稿台上的文件。
因此，利用扫描仪34按照与用于读取基准区域的相同的分辨率(400dpi)和色调(8位灰度)来读取接受真伪判断的文件的整个区域，并且由扫描仪34将通过读取获得的图像数据输入PC 32。
此外应该注意，在该读取中，最好适度地抑制曝光，以便可以获得正确地表示透明度变化的，特别是表示接受真伪判断的文件的检验区域中透明度变化的图像数据。如果扫描仪34具有多个读取模式，例如照片模式、文件模式等等，则最好选择用于更精确地读取纸张的透明度变化的读取模式(例如照片模式)。
此外，在该典型实施例中，从扫描仪34中抽出接受真伪判断的文件，对其反转，然后再次放置在扫描仪34上。然后，按照与上述类似的方式读取文件。对应于扫描仪34的光放射单元的光源50将光线从斜的方向照射到文件上，并且由线成像敏感器52、62和68接收它的反射光，从而读取图像。与利用彩色打印机10从两个方向获得基准图像类似，通过反转文件并再次读取图像，利用扫描仪34从两个不同的方向获得检验图像。
当通过扫描仪34输入图像数据时，在随后的步骤126，从输入的图像数据中提取在打印有表示基准数据的代码的区域上数据。应该注意，因为由扫描仪34输入的图像数据包括从两个方向读取的图像，所以将从相应的读取图像提取数据。在步骤128，基于在步骤126提取的数据，通过识别由打印在接受真伪判断的文件上的代码表示的数据，并且对所识别的数据执行解压缩处理(如果数据已被加密则执行解密)等等来恢复基准数据。
另外，在根据典型实施例的真伪判断处理中，将计算在彩色打印机10中读取和生成的基准图像与在扫描仪34中读取和生成的检验图像之间的相关值，从而执行待判断文件的真伪判断，如下所述。然而，基准图像包括利用来自第一方向的照明读取的图像(第一读取基准图像)以及利用来自第二方向的照明读取的图像(第二读取基准图像)，而检验图像包括利用来自第一方向的照明读取的图像(第一读取检验图像)以及利用来自第二方向的照明读取的图像(第二读取检验图像)。因此，必须相应地从基准图像和检验图像中选择构成用于计算相关值等等的组合的读取图像。从以下描述中可以看出，在该典型实施例中，尽管不仅可以选择利用来自相同的方向的照明的读取图像，而且可以选择利用来自不同的方向的照明的读取图像来执行待判断文件的真伪判断，但是，在以下描述中，将假定在步骤129选择利用来自相同方向的照明的读取图像的组。首先，假设已经选择了一组从由光线发射装置28A发射的光线获得的基准图像和对应的第一读取检验图像。
在步骤130，从由扫描仪34输入的图像提取其中心位置对应于基准区域中的中心位置并且具有比基准区域更大的大小(64×64点)的检验区域(因此，该检验区域包括基准区域)上的数据。应该注意，当基准区域的位置随文件而改变时，可以例如根据附加到基准数据上的，表示基准区域的位置的信息来识别基准区域的位置。
此外，代替基于附加到基准数据上的信息来识别基准区域的位置，可以通过预先在打印时，在基准区域附近打印一些标记，执行用于真伪判断的读取，然后在通过读取获得的图像数据中搜索上述标记，从而自动地识别基准区域的位置。因此，在用于真伪判断的读取中，即使放在原稿台上的接受真伪判断的文件已经轻微的移动，也可以正确地识别基准区域的位置，而不受该移动的影响。此外，容易地识别与通过光发射单元28A从第一方向读取的图像对应的第一读取检验图像。
上述标记可以是例如点状的。此外，利用多个预先打印在非重叠位置的标记(标记的数量最好为二，这是因为标记的数量最好尽可能的小)，如果已知单个标记与基准区域之间的位置关系，那么可以根据多个标记的位置识别基准区域的位置和方向(角度)。此外，例如可以如下检测标记。
如果通过在图像数据上搜索标记已经检测到一个被认为是标记的点，那么判断检测已失败或纸张上的基准区域未被读取(文件未被打印为正本)。此外，例如，如果已经检测到两个被认为是标记的点，那么获得该两个标记之间的欧几里德距离。如果欧几里德距离在容许范围内，则两个标记被判断为表示基准区域的标记，如果欧几里德距离在容许范围外，则判断检测失败。如果已经检测到三个或三个以上的被认为是标记的点，那么获得相应的标记之间的欧几里德距离。如果有一组具有容许范围内的距离的标记，那么该组标记被判断是表示基准区域的标记。如果没有一组具有容许范围内的距离的标记，或者如果存在两个或更多这种标记组，那么可以确定检测已失败，或者可以选择具有接近容许范围的距离的组作为表示基准区域的标记。因为在本发明中当适当地定义用于真伪判断的阈值时可以显著减小FAR，所以即使将实际上不是表示基准区域的标记的点错误地确定为表示基准区域的标记，虽然处理时间变得更长，但是不会对真伪判断的判断精度产生负面影响。
另外，在根据典型实施例的真伪判断处理中，反复地从检验区域上的数据中检索与具有基准区域(第一区域)的大小的区域(待计算区域第二区域)对应的数据，并且计算上述数据和基准数据之间的相关值，同时移动待计算的区域的位置。因此，在下一步132，初始化检验区域中的数据检索位置(待计算的区域的位置)。
在步骤134，从检验区域上的数据中检索具有基准区域的大小并且位于预定的数据检索位置的区域上的数据(检验数据)。然后，在步骤136，根据以下公式(1)，利用归一化相关法(normalized correlationmethod)计算在步骤128恢复的基准数据和在步骤134检索的检验数据之间的相关值，并且将通过该计算获得的相关值存储在RAM等等中。
F=fii=0N-1]]>G=gii=0N-1]]> 在随后的步骤138，判断是否已经在整个检验区域上扫描过待计算的区域。如果做出否定判断，那么处理进行到步骤140，在该步骤，垂直地或横向地将数据检索位置仅移动一个点，然后处理返回到步骤134。重复该步骤134到140，直到在步骤138中做出肯定的判断。因为在该典型实施例中，基准区域是32×32点，并且检验区域是64×64点，所以总共执行(64-32+1)×(64-32+1)＝1089次，从而提供1089个相关值。
当完成相关值的计算时，在步骤138做出肯定判断，并且处理进行到步骤142，在步骤142，从通过上述计算获得的多个相关值中提取最大值。在随后的步骤144，通过计算多个相关值的标准差和平均值，然后相应地将所计算的标准差和平均值以及在步骤142中获得的相关值的最大值应用到下列公式(2)，从而计算相关值的最大值的常模得分(normalized score)。
常模得分＝(相关值的最大值-相关值的平均值)/相关值的标准差…(2)如上所述，相对于所选择的利用来自第一方向的照明读取的图像，已经获得相关值的最大值和相关值的最大值的常模得分。然而，在步骤145，因为还未相对于利用来自第二方向的照明读取的图像执行处理，所以处理返回到步骤129，在该步骤129选择一组从由光接收装置28B发射的光获得的第二读取基准图像以及对应的第二读取检验图像，并且对该选择的数据执行上述步骤130到144的处理。这还提供相对于利用来自第二方向的照明读取的图像的相关值的最大值和相关值的最大值的常模得分。
在步骤146，通过将在步骤142中获得的相关值的最大值和在步骤144中计算的常模得分与它们的预定阈值进行比较，从而执行对待判断文件的真伪判断。因为这个例子是利用一组利用来自相同的方向的照明读取的图像的真伪判断，所以判断在步骤142中获得的相关值的最大值是否大于或等于阈值并且在步骤144中计算的常模得分是否大于或等于阈值。更具体地说，在一组利用来自第一方向的照明读取的图像中，判断相关值的最大值是否大于或等于阈值并且常模得分是否大于或等于阈值。此外，在一组利用来自第二方向的照明读取的图像中，判断相关值的最大值是否大于或等于阈值并且常模得分是否大于或等于阈值。应该注意，例如“0.3”可以被用作相关值的最大值的阈值，并且例如“5.0”可以用作常模得分的阈值(参照图8A至8D)。
然后，在步骤147，在每个组的真伪判断中，只有当相关值和相关值的常模得分大于或等于相应的阈值的判断标准满足并且两者都被确定为“真正的”时，才通过在显示器等等上显示表示接受真伪判断的文件是“真正的”的消息从而在步骤148输出判断结果，并且结束真伪判断处理。另一方面，如果在步骤147中的至少一个判断中做出否定判断，那么通过在显示器等等上显示表示接受真伪判断的文件是“假的”的消息从而输出判断结果，并且结束真伪判断处理。
根据这个典型实施例，如上所述，可以利用简单的处理精确地判断接受真伪判断的文件(纸张)的真伪。在这个典型实施例中，特别地，已经相对于单个基准区域从多个方向获得了基准图像，并且类似地，已经相对于单个检验区域从多个方向获得了检验图像，然后从相应的方向执行真伪判断。因此，因为不能相对于待判断的文件的单个检验区域打印多个基准图像，因此，也能解决已经不当获得基准图像的人的恶意行为，因此能够进行精确的真伪判断。
应该注意，在该典型实施例中，为了获得利用来自两个不同方向的照明读取的图像作为基准图像，在彩色打印机10中设置了两个光发射装置28A和28C，如图1所示；然而，打印机不局限于该结构。图7显示了图1中的读取单元28的近景的另一个典型实施例。如图7所示，可以设置一个光发射装置28A，其在由箭头E所示的方向可以转动，同时光接收装置28B和28D可以设置在光发射装置28A的不同侧。在这种情况下，在图4中的步骤102，当记录纸22上的预定基准区域已经到达预定读取位置P1时，光发射装置28A发射光并且使光接收装置28B接收反射光。然后，光发射装置28A立即改变它的照明方向，并且当记录纸22上的预定基准区域已经到达预定读取位置P2时，光发射装置28A发射光并且使光接收装置28D接收反射光。根据这种结构，可以利用来自两个不同的方向的照明获得读取基准图像。此外，第一方向和第二方向可以配置完全不同的元件。
另一方面，在该典型实施例中，为了获得利用来自两个不同的方向的照明读取的图像作为检验图像，在读取图像之后，反转接受真伪判断的文件，然后再次设置在扫描仪34上。这是因为假定使用市场上可买到的扫描仪34。因此，代替其，可以提供包括两个光发射单元的定制的扫描仪，例如彩色打印机10。这使得能够利用来自两个方向的照明来读取图像，同时仅操作一次扫描仪。
应该注意，该典型实施例意图是通过配置用于从两个不同的方向发射光到固体的预定区域的结构，并且从相同的基准区域获得多个读取图像，以执行真伪判断，从而提高真伪判断的精度。因为实现该目标仅需从相同的基准区域获得具有不同的明暗图案的阴影信息，所以仅需收集利用不同照射角读取的图像是合乎逻辑的。也就是说，可以想到，基于固体的预定读取位置，从某一方向以不同的角度照射光，例如，固体离开的方向(在图1中的光发射装置28A一侧)，以获得两个读取图像。然而，以不同的角度从相同方向进行照明不会导致明暗图案的显著差异，即使照射角不同。因此，基于固体的预定的读取位置，最好通过从相对的方向向固体的预定读取位置照射光来获得读取图像，如图1所示。也可以想到，通过从不仅两个方向，而是从额外的方向照射光以获得额外的读取图像，从而提高精度。然而，如上所述，因为基于固体的预定读取位置从相同的方向照明很难导致明暗图案的差别，因此如同在典型实施例中一样，利用来自两个相对方向的照明获得读取图像是有效的。
因为基于预定区域的相同的照明方向不会导致明暗图案的差别，因此可以说不必进行这种调整以使从彩色打印机10中的相应的光发射装置28A和28C到记录纸22的照射角匹配，并且不必使从扫描仪34中的光源50到文件的照射角匹配。
另外，在上述描述中，提供了两个基准图像和两个检验图像，并且当执行真伪判断时，利用从相同的方向进行照明而获得的读取图像形成多组基准图像和检验图像。也就是说，利用基准图像和检验图像形成2对2的组(更精确地说是(1对1)×2)的组。在该典型实施例中，还可以利用更多组合执行真伪判断。作为一例子，描述一种情况，其中，获得利用来自两个方向的照明而获得的读取基准图像作为基准图像，获得利用来自一个方向的照明而获得的读取检验图像作为检验图像。也就是说，将描述一种情况，其中，基准图像和检验图像是2对1。
首先，基准数据登记处理利用来自两个方向的照明获得读取基准图像，该处理与参考图4描述的处理相同。因此，省略对它的描述。
真伪判断处理的基本处理流程与参考图6描述的相同。然而，在步骤120至124，唯一的需要是从一个方向获得读取检验图像。然后，在步骤129，形成由第一读取基准图像和第一读取检验图像组成的组，以及由第二读取基准图像和第一读取检验图像组成的组，从而执行下列处理。应该注意，在这种情况下，第一方向不局限于在彩色打印机10中记录纸22离开的方向。在步骤130至144，在前一种情况下，因为通过来自相同方向的照明获得读取图像，所以安装与上述处理类似的方式获得相关值的最大值以及相关值的最大值的常模得分。另一方面，在后一种情况下，获得与前者相反的值。也就是说，在步骤142，从通过先前的计算获得的多个相关值中提取最小值。然后，在步骤144，通过计算多个相关值的标准差和平均值，然后将所计算的标准差和平均值以及在步骤142中获得的相关值的最小值应用到上述公式(2)，从而计算相关值的最小值的常模得分。应该注意，在这种情况下，用“最小值”替换上述公式(2)中的“最大值”。
在步骤146，如上所述，利用一组利用来自相同方向的照明而获得的读取图像的真伪判断判断在步骤142中获得的相关值的最大值是否大于或等于阈值并且在步骤144中计算的常模得分是否大于或等于阈值。前者，即由第一读取基准图像和第一读取检验图像组成的组对应于其。同时，利用由利用来自不同方向的照明而获得的读取图像组成的组的真伪判断相反地判断在步骤142中获得的相关值的最小值是否小于或等于阈值并且在步骤144中计算的常模得分是否小于或等于阈值。在这种情况下，如果两者都小于或等于阈值，在判断文件是“真正的”。
当待判断的文件是“真正的”时，利用来自相同方向的照明，在图像数据中显现的明暗图案(阴影信息)应该是相同的。然而，事实上，因为发生一些误差等等，相关值的最大值等等变得大于或等于阈值，如步骤146所描述的。因此，将所获得的相关值的最大值以及最大值的常模得分与相应的阈值比较，如果两者都大于或等于阈值，则判断文件是“真正的”。相反，利用来自不同的方向的照明，在图像数据中显现的明暗图案(阴影信息)应该完全相反。因此，与相同方向的情况相反，获得相关值的最小值以及最小值的常模得分，将相关值的最小值以及最小值的常模得分与相应的阈值比较，如果两者都小于或等于阈值，则判断文件是“真正的”。
因此，如果在步骤147中的各个组的真伪判断中做出肯定判断，即，只有当两者都被判断为“真正的”时，处理才进行至步骤148，在该步骤，通过在显示器等等上显示表示接受真伪判断的文件是“真正的”的消息从而输出判断结果，并且结束真伪判断处理。另一方面，如果在步骤147中的至少一个判断中做出否定判断，那么通过在显示器等等上显示表示接受真伪判断的文件是“假的”的消息从而输出判断结果，并且结束真伪判断处理。
在第一描述中，以2对2(确切地说(1对1)×2)执行真伪判断。然而，如这里所述，两个基准图像以及一个检验图像的2对1关系也可以实现与2对2的情况类似的效果。在这种情况下，唯一需要的是利用扫描仪34仅读取一次检验图像，从而减少用户的工作量。
此外，在该典型实施例中，可以以一个基准图像和两个检验图像的1对2的关系来执行真伪判断。
首先，基准数据登记处理获得利用来自一个方向的照明获得的读取基准图像。因此，省略利用来自光发射装置28A和28C中的一个的照明的图像读取。可以省略它们中的任何一个。处理的剩余部分与参考图4描述的相同。因此，省略对它的描述。
真伪判断处理的基本处理流程与参考图6描述的相同。在这种情况下，在步骤129，形成由第一读取基准图像和第一读取检验图像组成的组，以及由第一读取基准图像和第二读取检验图像组成的组，从而执行下列处理。在步骤130至144，在前一种情况下，因为通过来自相同方向的照明获得读取图像，所以按照与上述处理类似的方式获得相关值的最大值以及相关值的最大值的常模得分。另一方面，在后一种情况下，即，通过来自不同方向的照明而获得的读取图像的情况，也与上述情况相同，在步骤142中，提取相关值的最小值，并且在步骤144中，计算相关值的最小值的常模得分。因为从步骤146开始的真伪判断与在两个读取基准图像和一个读取检验图像的2对1的情况下相同，所以省略对其的描述。
一个读取基准图像和两个读取检验图像的1对2的情况也可以实现与2对2的情况类似的效果。在这种情况下，不必在彩色打印机10中提供两个光发射装置28A和28C。在利用一个读取基准图像配置基准数据的情况中，虽然基准图像可能被不当地打印在记录纸22上，因为从不同的方向读取多个检验区域的图像，所以可以想像，在真伪判断中的利用相关值的两个判断不会都被判断为“真正的”。
应该注意，因为该典型实施例基于基准区域的读取图像执行待处理文件的真伪判断，因此由于粘附在基准区域上的调色剂等等而产生的污点会引起真伪判断中的判断精度减小。因此，需要通过各种方法防止减小精度。作为一种具体的方法，在由与上面描述的本申请相同的申请人申请的专利申请的说明书中描述的方法可用于防止真伪判断的精度减小。
此外，图8A至8D显示验证根据上述专利申请的相同方法的本发明的优点的实验结果。在图8A至8D中，当在水平轴上设置相关值的最大值(0.00在左端并且1.00在右端)，在垂直轴上设置相关值的最大值的常模得分(0.0在上端，10.0在下端)时，显示了相对于相关值的最大值和相关值的最大值的常模得分的阈值的变化的FRR和FAR的值的变化。在图8A至8D中，基于读取图像获取FRR，在所述读取图像中，利用相同的照明方向获得基准图像(本来“真正的”)和检验图像(在这里使用“真正的”)，基于基准图像以及利用不同于基准图像的照明方向获得的读取图像获得FAR。此外，在图8A中，基准区域具有尺寸32×32点，检验区域具有尺寸64×64点。在图8B中，基准区域具有尺寸32×32点，检验区域具有尺寸128×128点。图8C和8D显示利用不同素材的实验结果。在图8C中，基准区域具有尺寸32×32点，检验区域具有尺寸64×64点。在图8D中，基准区域具有尺寸32×32点，检验区域具有尺寸128×128点。应该注意，该实验的目的是表明，对于“真正的”，在基准图像和利用不同于用于获得基准图像的照明方向而获得的读取图像之间的检验中，归一化相关值(normalized correlation value)和常模得分变得更低，并且该实验使用最初提供用于在利用不同的照明方向而获得的读取图像的检验中计算FRR的数据来计算FAR。
从图8A至8D可以看出，对于“真正的”，归一化相关和常模得分可以随着照明方向的差别被具体地分段，并且即使利用精确的拍照技术等等将基准图像打印在纸张上，并且以高再现性将与基准图像相同的真正纹理的精密图案打印在打印纸张上，也可以精确地执行真伪判断。
权利要求
1.一种由用于判断固体的真伪的计算机执行的真伪判断方法，所述固体具有可读的并且独有的特性，该特性具有沿固体表面分布的随机性，所述真伪判断方法包括生成真正的固体的表面的状态的读取图像，作为基准图像，其中，由接收反射光的光接收单元读取所述读取图像，所述反射光是由光发射单元从第一方向和第二方向中的至少一个向该真正固体的表面照射的光的反射光，所述第二方向与所述第一方向不同；并且还生成待判断的固体的表面的状态的读取图像，作为检验图像，其中，由接收反射光的光接收单元读取所述读取图像，所述反射光是由光发射单元从所述第一方向和所述第二方向中的至少一个向待判断固体的表面照射的光的反射光；以及利用至少两组读取基准图像和读取检验图像执行检验处理，其中，所述两组读取基准图像和读取检验图像包括所述基准图像中的一个或两个读取基准图像以及所述检验图像中的一个或两个读取检验图像。
2.根据权利要求1所述的真伪判断方法，其中，所述生成步骤利用来自所述第一和所述第二方向的照明生成第一基准图像和第二读取基准图像，作为所述基准图像，并且还利用来自所述第一和所述第二方向的照明生成第一读取检验图像和第二读取检验图像，作为所述检验图像；执行所述检验处理的步骤在所述第一读取基准图像和所述第一读取检验图像之间进行检验，并且在所述第二读取基准图像和所述第二读取检验图像之间进行检验；以及如果在这两个处理中已经满足预定的判断标准，那么所述判断步骤判断所述固体是真正的，作为相应的检验处理的结果。
3.根据权利要求3所述的真伪判断方法，其中，如果使用根据来自相同方向的照明而获得的基准图像和检验图像已经执行了所述检验处理，那么当所述基准图像和所述检验图像的归一化相关值大于或等于预定的阈值时，所述判断步骤判断所述固体是真正的。
4.根据权利要求3所述的真伪判断方法，其中，如果使用根据来自不同方向的照明而获得的所述基准图像和所述检验图像已经执行了所述检验处理，那么当所述基准图像和所述检验图像的归一化相关值小于或等于预定的阈值时，所述判断步骤判断所述固体是真正的。
5.根据权利要求1至4中任何一项所述的真伪判断方法，其中，所述第一方向和所述第二方向是相对于所述固体的表面上的读取位置的相反的方向。
6.一种真伪判断装置，用于判断固体的真伪，所述固体具有可读的并且独有的特性，该特性具有沿所述固体的表面分布的随机性，所述真伪判断装置包括第一光发射单元，其从第一方向和与所述第一方向不同的第二方向中的至少一个向真正的固体的表面照射光；第一光接收单元，其接收由所述第一光发射单元照射的光的反射光；基准图像生成单元，其根据所述第一光接收单元的输出生成所述真正的固体的所述表面的状态的读取图像，作为基准图像；第二光发射单元，其从所述第一方向和所述第二方向中的至少一个向待判断的固体的表面照射光；第二光接收单元，其接收由所述第二光发射单元照射的光的反射光；检验图像生成单元，其根据所述第二光接收单元的输出生成所述待判断固体的所述表面的状态的读取图像，作为检验图像；以及判断单元，其通过根据由相应的图像生成单元生成的所述基准图像和所述检验图像执行检验处理，从而判断所述待判断固体的真伪。
7.一种使与读取装置连接的计算机执行处理的程序，其中，所述读取装置能够读取固体所独有的特性，所述特性沿所述固体的表面分布并且具有随机性，所述处理包括生成真正的固体的表面的状态的读取图像，作为基准图像，其中，由接收反射光的光接收单元读取所述读取图像，所述反射光是由光发射单元从第一方向和第二方向中的至少一个向真正的固体的表面照射的光的反射光，所述第二方向与所述第一方向不同；生成待判断的固体的表面的状态的读取图像，作为检验图像，其中，由接收反射光的光接收单元读取所述读取图像，所述反射光是由光发射单元从所述第一方向和所述第二方向中的至少一个向所述待判断固体的所述表面照射的光的反射光；以及在包含在所述基准图像中的一个或两个读取基准图像与包含在所述检验图像中的一个或两个读取检验图像之间执行检验处理。
全文摘要
为了简便地并且精确地判断固体的真伪，从两个不同的方向对真正的纸张的基准区域进行光学读取，并且将图像登记为基准图像。利用扫描仪从两个不同的方向读取接受真伪判断的纸张的检验区域，该检验区域包含所述基准区域并且具有比所述基准区域更大的尺寸，从通过读取收集的每组检验数据中提取与所述基准区域尺寸相同的部分区域上的数据。对于一组从相同方向以光学方式读取的基准图像和检验图像，通过归一化相关法反复地计算与所述基准图像的相关值，同时在所述检验区域之内移动所述部分区域。将最大的相关值和最大的相关值的常模得分与相应的阈值进行比较，以判断所述纸张的真伪。如果对于每组的真伪判断都将纸张判断为“真正的”，那么最终将接受真伪判断的纸张判断为“真正的”。
文档编号G07D7/20GK1993715SQ200580026850
公开日2007年7月4日 申请日期2005年8月10日 优先权日2004年8月11日
发明者清水正, 木村哲也 申请人:富士施乐株式会社